Понять небо
Шрифт:
Рис. 86. Дневное изменение ветра
Попробуем объяснить изменение направления и скорости ветра. В течение ночи нижний слой воздуха стабилен — земля отдает остатки тепла — имеет место слабое вертикальное перемещение. Следовательно, иногда даже сильный ветер ночью у поверхности либо слаб, либо отсутствует совсем. С другой стороны, солнечный прогрев днем является причиной движения
Рис. 87. Изменения ветра по высоте
Типичный дневной цикл начинается со спокойных условий ранним утром, когда воздух постепенно приходит в движение по мере прогрева поверхности. Воздушные потоки будут усиливаться, предпочитая утреннее направление. Позднее термическая активность увеличивает обмен воздуха между различными слоями, и скорость ветра у поверхности увеличивается. После того, как солнечный прогрев начнет спадать, и термическая активность уменьшается, ветер у поверхности начинает утихать. Процесс этот может быть достаточно быстрым. Ветер продолжает утихать в течении ночи. Утром процесс повторяется. Часто бывают исключения из описанного сценария. Очень стабильные воздушные массы подавляют термическую активность, и ветер у поверхности может быть очень слабым или отсутствовать совсем. Жаркие гнетущие дни летом во влажных районах к этому предрасположены. Другое исключение возможно, когда на данной территории находится фронт. В этом случае, ветер может дуть весь день и всю ночь с очень малым изменением скорости.
СЛОИ ВОЗДУХА
Воздух не всегда состоит из однообразной массы от поверхности до тропопаузы. Имеет смысл рассматривать воздух по слоям. Первым подтверждением такой возможности является холодный слой воздуха у поверхности ясными ночами. В горных районах холодные ветры, движущиеся у склонов, могут создавать слои. Отметим возможность движения верхнего слоя воздуха над более холодным, находящемся в долине, в горах. И, конечно, мы должны иметь представление о слое инверсии.
Все эти расслоения связаны с разностью температур. Важно отметить, что профиль ветра часто связан с температурным градиентом. Это происходит потому что воздушные массы, имеющие различную температуру, имеют различную плотность, а это не способствует их перемешиванию. В результате, мы часто находим теплые слои, скользящие по холодным или наоборот.
На рисунке 88 показаны некоторые профили ветра и соответствующие градиенты температуры. Эти профили могут изменяться ото дня к ночи или сохраняться в течение нескольких дней, если они результат прихода крупных воздушных масс: Отметим, что и турбулентность часто ассоциируется с движением двух соседних слоев. Турбулентность может создавать, собственную температурную инверсию, когда в результате нее более холодный воздух оказывается ниже более теплого. Более теплый воздух, являясь более влажным, поднимается и образует слой слоисто-кучевых облаков. Этот тип облаков указывает на слоистость воздуха и турбулентность в этом слое.
Пилоты воздушных шаров предпочитают летать либо рано утром, либо поздним вечером, когда нет сильных ветров у земли. Однако, на высоте ветер есть, и он обеспечивает дрейф шара. На разных высотах слои воздуха движутся в различных направлениях. Пилоты воздушных шаров используют
Рис. 88. Градиент температуры и профиль ветра
СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ МАЛЫХ ВЫСОТ
Струйные течения малых высот не сравнимы с полярным струйными течениями, но природа их возникновения аналогична — температурный градиент. Они обычно возникают ночью из-за плотных холодных ветров, движущихся с больших высот вниз к земле. В результате разница в скоростях, ведь основной ветер ослабевает с высотой (рис. 89). Маловысотное струйное течение может быть достаточно интенсивным и турбулентным.
Днем интенсивность течения снижается вследствие перемешивания воздуха под и над ним. Однако имеются исключения, например, ветер, который пересекает Великие равнины в США (рис. 59). Его можно отнести к струйным течениям, но интенсивность его максимальна днем, когда наивысший прогрев.
Рис. 89. Струйное течение у поверхности
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ВЕТРЫ
Мы начали эту главу с упоминания о ветрах настолько знаменитых или особенных, что они получили собственные имена. Многие из них являются фенами. Фен — это общий термин для обозначения ветра, который осушается и нагревается при сжатии, когда он переваливает горную гряду и спускается в долину (приложение III). Термин фен пошел от ветров Швейцарии, дующих с гор в глубокие долины. Еще один тип ветра называется бора. Он тоже относится к ветрам, спускающимся вниз с гор. Бора более холодный, чем замещаемый им воздух. Обычно бора возникает в полярных районах, таких как Аляска и Скандинавия.
Существует два типа фенов. Первый возникает, когда холодные, сухие воздушные массы высокого давления застаиваются в запирающем их горном районе. Воздух начинает перетекать через вершины и, если в долинах по другую сторону гор низкое давление, возникает фен. Скорость его 60-100 км/ч, отмеченный максимум около 150 км/ч. Этот ветер может продолжаться несколько дней с постепенным затиханием, внезапными прекращениями и возобновлениями. Он типичен для зимы и весны, когда существуют мощные барические системы.
Второй тип фена возникает, когда маловысотный слой влажного воздуха пересекает горы. Этот воздух нагревается и осушается таким образом, как показано в приложении III.
Фены могут действовать как теплый фронт и выдавливать более холодный воздух от подветренной стороны гор, если этому способствует градиент давления. Иногда фен может дуть на некоторой высоте, лишь изредка прорываясь к поверхности. Он может приходить как фронт или как относительно узкий поток, в зависимости от топографических особенностей и барической модели в данном районе. В любом случае фен повышает температуру и понижает влажность Действие фенов часто связано с волновыми процессами в атмосфере (гл. 8). На подветренном склоне провоцируется волна, которая меняет длину или амплитуду там, где фен достигает земли.